共軌電控柴油發(fā)動(dòng)機燃油噴射控制的分析

高壓共軌燃油系統是目前世界上先進(jìn)的燃油系統之一，其優(yōu)點(diǎn)是高壓噴射，zui高壓力可達210MPa。高壓燃油的產(chǎn)生和噴射過(guò)程*獨立，由高壓燃油泵提高燃油壓力且儲存在共軌里，再由電控單元(ECM)控制燃油的噴射；燃油噴射的計量和時(shí)刻準確度高，以發(fā)動(dòng)機轉速傳感器為主要信號計量燃油噴射量，以發(fā)動(dòng)機凸輪軸位置傳感器為主要信號確定燃油的供油時(shí)刻；發(fā)動(dòng)機尾氣排放較好，采用選擇性催化還原技術(shù)(SCR)，降低NOx的生成量，采用微粒捕集器技術(shù)(DPF)有效地減少顆粒物的排放，降低柴油機的排放污染；渦輪增壓技術(shù)實(shí)現電子
控制，采用連續反饋技術(shù)控制可變噴嘴式渦輪增壓器，確保柴油機在zui高標定扭矩點(diǎn)附近增壓器增壓的壓力不致于過(guò)高，從而防止負荷過(guò)高導致的功率下降以及渦輪增壓器因為超速而損壞；可以通過(guò)改變電控系統的控制程序(即對ECM重新進(jìn)行標定)，從而擴大電控柴油機的應用范圍，使之適應性更加廣泛。
高壓共軌柴油機燃油噴射系統在工作時(shí)，ECM根據發(fā)動(dòng)機當前的工況(即各類(lèi)傳感器的壓力、溫度、轉速和位置等輸入信號)以及發(fā)動(dòng)機的輸出功率，在每個(gè)工作循環(huán)中，把經(jīng)過(guò)計量的燃油按照的噴油時(shí)間，以相應的噴射壓力噴人發(fā)動(dòng)機燃燒室內，確保燃油能夠有效地燃燒。由此看來(lái)，控制好燃油噴射的過(guò)程十分重要，其主要內容包括噴油數量、噴油時(shí)刻、噴油壓力和噴油速率的控制，下面就對這4個(gè)方面進(jìn)行詳細分析。
1、噴油數量的控制
ECM 根據發(fā)動(dòng)機上的各類(lèi)傳感器(發(fā)動(dòng)機轉速傳感器、發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣壓力／溫度傳感器、共軌壓力傳感器以及大氣壓力傳感器等)的輸入信號以及操作者開(kāi)關(guān)信號的指令，經(jīng)過(guò)內部標定的程序進(jìn)行計算、比較和分析，迅速確定每一循環(huán)的實(shí)際噴油量；然后ECM 輸出信號給噴油器，控制噴油器電磁閥通電時(shí)間，從而準確控制噴油量。
(1)基本噴油量控制。發(fā)動(dòng)機在不同工況下輸出的轉矩不同，燃油噴射量就不同?；緡娪土渴怯砂l(fā)動(dòng)機轉速傳感器、發(fā)動(dòng)機負荷信號和油門(mén)踏板的位置傳感器決定的。保持發(fā)動(dòng)機轉速，加大油門(mén)踏板的開(kāi)度，可增加基本噴油量。
(2)起動(dòng)噴油量控制。發(fā)動(dòng)機的起動(dòng)補償噴油量由發(fā)動(dòng)機缸體溫度(即冷卻液溫度)傳感器和進(jìn)氣溫度傳感器決定，發(fā)動(dòng)機起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)噴油量由以上兩部分共同決定。
(3)怠速?lài)娪土靠刂?。怠速油量是指使發(fā)動(dòng)機在怠速工況下維持平衡穩定運轉所需油量。如發(fā)動(dòng)機在低溫怠速工作時(shí)，潤滑油粘度大，發(fā)動(dòng)機摩擦阻力大，怠速可能不穩；若提高發(fā)動(dòng)機怠速轉速，發(fā)動(dòng)機噪聲會(huì )變大，燃油消耗率也增加。ECM會(huì )執行怠速轉速自動(dòng)調節功能，維持理想怠速轉速所需要的噴油量。ECM將發(fā)動(dòng)機的實(shí)際轉速和理想怠速轉速進(jìn)行比較，確定兩者差值，求得必需的噴油量，實(shí)現反饋控制。
(4)巡航控制噴油量。巡航控制是為了減少駕駛員的疲勞，不需要操縱油門(mén)踏板而維持恒速行駛的控制過(guò)程。當使用巡航控制時(shí)，操縱者接通“巡航控制”開(kāi)關(guān)，巡航控制速度特性開(kāi)始工作，ECM根據車(chē)輛速度傳感器信號和外界負荷的變化情況自動(dòng)調整噴油量，使車(chē)輛保持恒速行駛。
(5)空調運轉噴油量控制。當操作人員打開(kāi)空調開(kāi)關(guān)后，ECM根據輸人信號提高發(fā)動(dòng)機怠速轉速，然后通過(guò)執行器輸出信號使空調壓縮機工作。由于負荷增加，ECM隨之增加噴油量，以適應負荷增大的供油需求，同時(shí)ECM還可根據發(fā)動(dòng)機工況的變化適時(shí)控制空調壓縮機的工作。當ECM感知節氣門(mén)全開(kāi)時(shí)，將切斷空調繼電器接地電路，使空調停止運轉，以減小負荷，減少?lài)娪土?，直到節氣門(mén)全開(kāi)時(shí)間超過(guò)15 S；如果發(fā)動(dòng)機水溫超過(guò)125℃ ，ECM將斷開(kāi)空調繼電器。
(6)不均勻油量補償控制。發(fā)動(dòng)機工作時(shí)，由于噴油量不均勻引起各缸爆發(fā)壓力不同，以及燃燒差異引起各缸活塞上下運動(dòng)轉速不均勻等，都會(huì )導致發(fā)動(dòng)機振動(dòng)。為了使轉速保持平衡，必須調節各缸供油量，進(jìn)行不均勻油量補償。ECM通過(guò)檢測各缸每次作功行程時(shí)的轉速波動(dòng)，再與各缸平均轉速相比較，分別向各缸補償相應的噴油量。
2、噴油時(shí)刻控制
噴油時(shí)刻準確與否對柴油發(fā)動(dòng)機的性能和排放有顯著(zhù)的影響，尤其是氮氧化合物NOx的排放。如果噴油時(shí)刻提前，柴油將會(huì )提前燃燒，燃燒過(guò)程的速燃期壓力升高率較大，使得柴油機工作噪聲高，壽命縮短；噴油時(shí)刻如果滯后，柴油燃燒也滯后并且燃燒過(guò)程的補燃期延長(cháng)，由于柴油燃燒不*，導致碳氫化合物與碳煙增加，發(fā)動(dòng)機整機過(guò)熱，功率下降。
在高壓共軌系統中，噴油時(shí)刻的控制是以發(fā)動(dòng)機凸輪軸位置傳感器信號為主要信號，以發(fā)動(dòng)機的負荷和冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣溫度和壓力傳感器、燃油溫度和壓力傳感器等信號為輔助信號。具體控制方法是：ECM通過(guò)內部的標定程序，根據發(fā)動(dòng)機凸輪軸位置傳感器信號提供基本的噴油時(shí)刻，以及發(fā)動(dòng)機的負荷、其他溫度和壓力傳感器等信號，對基本噴油時(shí)刻進(jìn)行修正，zui后確定*噴油時(shí)刻。因此共軌式電控柴油機利用電控單元ECM能夠地控制噴油時(shí)刻，確保柴油機的各項性能得到*發(fā)揮。
3、噴油壓力控制
噴油壓力越高，高壓柴油的射程和錐角越大，噴霧越細微，柴油燃燒越*，發(fā)動(dòng)機的性能將進(jìn)一步優(yōu)化。較高的噴射壓力還可有效提高燃油和空氣的混合質(zhì)量，從而降低不*燃燒導致的煙度和可吸入顆粒物的排放量；明顯縮短著(zhù)火落后區，使柴油機工作更加柔和，減少燃燒噪聲。高壓共軌柴油機的噴射壓力zui大可達210MPa，因此大負荷時(shí)柴油機的煙度也大幅度降低。
在高壓共軌燃油系統中，電控單元ECM通過(guò)內部的標定程序，根據安裝在高壓燃油共軌內部的燃油壓力傳感器信號，確定每一循環(huán)氣缸的實(shí)際噴油壓力，并將其與理想噴油壓力值進(jìn)行比較，隨后ECM即刻輸出指令，命令電子燃油執行器控制高壓油泵升高或降低燃油壓力，實(shí)行閉環(huán)控制，從而實(shí)現*噴油壓力的控制。
歐洲Ⅲ號排放標準的高壓共軌柴油機噴射壓力可以達130MPa以上，歐洲Ⅳ號排放標準的柴油機可以達到200MPa以上。噴油壓力的控制可以增加燃油噴射的初速度，優(yōu)化柴油的霧化質(zhì)量，從而提高燃燒效率，有效改善柴油機的排放性能。
4、噴油速率控制
噴油規律是影響柴油機動(dòng)力性、經(jīng)濟性和污染排放的主要因素。分析柴油燃燒過(guò)程發(fā)現，正確的噴油規律是在柴油噴射的初期，盡量使噴油速度緩慢，速率不能太高，目的是減少緩燃期內的可燃混合氣體量，降低速燃期的燃燒速度，從而有效控制壓力過(guò)大和燃燒的zui高溫度，抑制氮氧化合物生成并降低燃燒的噪聲。
在高壓共軌燃油系統中，柴油機的噴油速率得到優(yōu)化，實(shí)現了循環(huán)多次噴射，使氮氧化合物NOx和煙度顆粒物PM值的排放污染大大降低。ECM通過(guò)內部的標定程序，能夠在不同的負荷工況下，實(shí)現預噴射、中期主噴射和后期噴射等多次噴射，使噴油噴射規律更加優(yōu)化，燃油燃燒更加*，從而提高發(fā)動(dòng)機性能。
(1)預噴射是實(shí)現初期緩慢燃燒的*方法。在ECM 的控制下，柴油機每一循環(huán)工作燃油的噴油量是計量過(guò)的，預噴射燃油量雖然相對較少，但是減少了主噴射的燃油量，同時(shí)預噴射燃燒形成的活化化合物對主噴射燃油的燃燒產(chǎn)生了很大的促進(jìn)作用 。這樣不但減少了主噴射的燃油量，還縮短了整個(gè)燃燒過(guò)程的著(zhù)火延遲期，使氣缸內的zui高溫度和壓力升高率都明顯下降。
(2)中期主噴射的燃油通常采用高壓力和高速率的噴射方法，可以加快燃燒速度，防止生成微顆粒和降低過(guò)高的熱效率，因此使主噴射發(fā)生在中期可加快可燃混合氣的擴散燃燒速度。
(3)后期的燃油噴射要求迅速果斷地結束噴油，這樣可以防止在較低的噴油壓力和噴油速率下燃油霧化的質(zhì)量變差，導致燃油燃燒不*使碳氫化合物和微顆粒物排放污染增加。另外，為了確保燃油能夠*有效地燃燒，還必須進(jìn)行增壓進(jìn)氣的控制。ECM根據柴油機轉速信號、負荷信號以及增壓壓力信號等，通過(guò)控制廢氣旁通閥的開(kāi)度、廢氣噴射器的噴射角度以及增壓器渦輪廢氣進(jìn)口截面大小等，實(shí)現對廢氣渦輪增壓器工作狀況和增壓壓力的控制，以滿(mǎn)足柴油機在不同工況下對進(jìn)氣量的要求，改善柴油機的燃燒狀況，提高柴油機的扭矩特性、加速性能，降低排放和噪聲。